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由于对频率选择性衰落的强抵抗能力以及高频谱利用率等原因,正交频分复用技术在宽带通信系统中得到越来越广泛的应用。
正交频分复用系统的一个主要缺点是易受频率偏移影响。对于移动无线通信系统来说,无线信道存在时变性,在传输过程中会出现出现无线信号的频率偏移,例如多普勒频移,或者由于发射机与接收机载波频率偏差,都会使得正交频分复用系统(OFDM)系统子载波正交性遭到破坏,从而导致载波间干扰(ICI)。因此,频率偏移估计算法性能的好坏对OFDM系统来说非常重要。本文在分析频率偏移对OFDM系统性能的影响以及现有的频率偏移估计算法的基础上,给出了一种粗略频率估计算法以及一种精确频率偏移估计算法。
IEEE802.11a标准采用OFDM技术作为其物理层调制与解调方式,自1999年该标准颁布以来,已经有许多人对其进行研究,所以物理层接收端算法也非常多,很多算法都是集中在某个模块进行的(比如信道估计或者帧同步等),这些算法很多都在没有考虑其他模块的影响下得到自己研究的某个模块性能的改善,或者有些算法的性能非常好但实现的复杂度非常高,并不适合硬件实现。本文在总结了已有的算法基础上,给出了一套容易硬件实现并满足系统性能要求的WLAN物理层接收端算法。
本文的主要创新工作和研究成果概括如下:
1、提出了一种新的粗略频率偏移估计算法,新算法能够将频率偏移估计的范围扩大到整个载波范围内。
2、对提出的粗略频率偏移估计新算法,分析了实现的复杂性,给出一种借助OFDM系统已有的快速傅立叶变换模块来实现的方案,减少了额外硬件电路设计。
3、提出了一种精确频率偏移估计算法,新算法所估计出的频率偏差值要比Schmidt算法估计出的频率偏差值误差更小。在SNR较小的情况下大约有9dB性能的提高,在SNR较大的情况下也有大约4dB性能的提高。
4、提出了一种分段能量计算的帧检测算法,新算法能够快速、准确的检测到帧开始,并且新算法容易硬件实现。
5、对于WLAN系统,提出了一种采用长序列相关值并结合短序列相关值的虚部符号来得到频率偏移估计值的算法,仿真结果表明新算法与采用先粗略频率偏移估计后精确频率偏移估计算法得到的频率偏移估计值基本一致,但是新算法减少了计算量。
6、提出了一套完整的适合硬件实现并满足性能的WLAN接收端算法,并给出了关键部分的硬件设计方案。
本文的研究达到了预期目标,实现了频率偏移估计范围大、精度高的算法设计,提出了一套易于硬件实现并满足性能的无线局域网物理层接收端算法,对关键硬件设计给出了设计方案。